用于显示设备中光束扩展的方法和系统的制作方法

专利名称：用于显示设备中光束扩展的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及显示设备，并且更具体地，涉及使用一个或多
个衍射元件的显示器，用于伸展显示器的出瞳(exit pupil)以便观看。
背景技术：
尽管在移动设备中使用低分辨率液晶显示器(LCD )面板来显示 网络信息和文本信息是常用手段，但优选使用高分辨率显示器来浏 览文本和图像的丰富信息内容。基于微型显示器的系统可以提供每 mm 50-100行的全彩色象素。这种高分辨率通常适合于虚拟显示器。 虚拟显示器通常包括用于提供图像的微型显示器，以及用于以以 下方式操控从图像发出的光的光学设置，即，将其视作与直接观看 显示面板那样大。虚拟显示器可以是单目的或双目的。
从成像光学装置向眼睛发出的光束的尺寸称作出瞳。在近眼式 显示器(NED)中，出瞳直径通常在10mm量级。进一步放大出瞳 使得使用虚拟显示器明显地更加容易，因为该设备可以被放置在距 离眼睛一段距离处。因此，原因很明显，这种显示器不再具有资格 作为NED。平视(Head-Up)显示器是具有足够大的出瞳的虚拟显 示器的例子。
WO 99/52002公开了 一种放大虚拟显示器的出瞳的方法。该公开 的方法使用三个连续全息光学元件(HOE)来放大出瞳。具体地， HOE是设置在平面即如图1所示的光透射衬底6上的衍射光栅元件。 如图所示，来自图像源2的光入射到设置在衬底6的一侧上的第一 HOE或Hl。来自耦合到衬底6的HI的光被导向第二 HOE或H2， 其中光的分布沿一个方向扩展。H2还将该扩展的光分布重新导向第 三HOE或H3，其中光的分布进一步沿另一个方向扩展。全息元件
可以在衬底6的任一侧上。H3还将从衬底表面向外扩展的光分布进 行重新导向，其中H3设置在该衬底表面上。如图l所示的光学系统 操作为保持光束的总体方向的光束扩展设备。这种设备还被称作出 瞳伸展器(EPE)。
EPE，例如图l所示，导致色彩不均匀性，从而降低复制的虚拟 图像的质量。色彩不均匀性主要是由于不同色彩的光束在衬底6的 不同路径行进的事实，如图2所示。为了说明的目的，仅使用两种 由、和X2表示的色彩来表示现有技术EPE中的色彩不均匀性的来 源，其中、<人2。
在图2中，仅使用两个HOE，但是色彩不均匀性的来源与当使 用三个或更多HOE时是相同的。第一 HOE或Hl通常具有一种衍射 结构，该衍射结构包括平行衍射条紋以便将入射光耦合到村底6并 将衬底6中的光分布导向第二HOE或H2。衬底6用作光导设备， 以主要借助于全内反射(TIR)而将光束限制在其两个表面之间。如 图2所示，衍射元件Hl和H2 二者都被布置在衬底6的较低表面上。 在这种光学设备中，TIR完全仅处于上部表面处，因为光的一部分从 衬底的较低表面衍射到观看者的眼睛。
已知衬底6内部的衍射角由以下给出
其中， d是衍射元件(这里的Hl )的光栅周期， X是波长，
n是衬底的折射率，
m是衍射级，
6i是入射角，以及
0m是第m级衍射角。 可以从式l看出，衍射角0m随着波长X而增加。因此，衍射角eml 小于衍射角em2。作为结果，两个连续TIR之间的间隔L也随波长变
化。4十对、的间隔Li小于针对X2的间隔L2。因此，沿ti方向的出
射光的分布对于所有波长是不均匀的，尽管光栅结构可以被设计为
使得输出对于一个波长而言是均匀的。可以从图2看出，较短的波 长、比衍射元件H2上的入2经历更多"碰撞(hit)"。因此，较短 的波长、的更多光从H1附近区域中的衍射元件H2 "泄漏"。在其 中使用三基色(红、绿、蓝)的显示器中，图2的EPE将引起从H2 的衍射光栅结构出去的光的不均匀色彩分布。因此，色彩可以在相 对于Hl的近端带表现出蓝色而在相对于Hl的远端带表现出红色。 随着沿ti方向的距离的增加，不均匀的色彩分布变得更加明显。
应该注意，光可以从较低的表面(其中H2位于上部表面)或从 上部表面"泄漏"出衬底6。从上部表面出去的光的分布类似于从较 低表面出去的光的分布。
有利地并且希望提供一种用于改善出瞳伸展器中光分布色彩不 均匀性的方法和系统。

发明内容
本发明的目的是提供一种出瞳伸展器，其中出射波束中的不同 色彩分量的相对量与输入波束中的不同色彩分量的相对量更加一 致。为了补偿出射波束中的衍射色彩分量中的不均勻的量，根据本 发明的出瞳伸展器包括多个层，该多个层具有附加衍射光栅以便使 这些色彩分量的衍射光的量增加较少的量。
因此，本发明的第一方面提供一种光学设备，包括
出射表面部分；
用于接纳光束的输入表面部分，该光束包括至少第一波长分量和 第二波长分量；以及
至少第 一层和第二层，该第 一层和第二层的每一层包括第 一衍射 元件和第二衍射元件，使得
所接纳的光束的至少 一部分在第 一层中的第 一衍射元件中被衍 射，以便提供第一衍射部分；
所接纳的光束的至少一部分在第二层中的第 一衍射元件中被衍
射，以便提供第二衍射部分；
第 一衍射部分的至少 一部分在第 一层中的第二衍射元件中进一 步被衍射，从而形成通过出射表面部分而出射的出射波束的第 一 部 分；以及
第二衍射部分的至少 一部分在第二层中的第二衍射元件中被进 一步衍射，从而形成通过出射表面部分而出射的出射波束的第二部 分。
根据本发明，出射波束的第一部分中的第一波长分量的量大于 出射波束的第一部分中的第二波长分量的量，并且出射波束的第二 部分中的第二波长分量的量大于出射波束的第二部分中的第一波长 分量的量。
根据本发明，所接纳的光束进一步包括第三波长分量，并且所 述光学设备进一步包括
第三层，包括第一衍射元件和第二衍射元件，使得
所接纳的光束的至少一部分在第三层中的第 一衍射元件中被衍 射，以便提供第三衍射部分，以及
第三衍射部分的至少 一部分在第三层中的第二衍射元件中被进 一步衍射，从而形成通过出射表面部分而出射的出射波束的第三部 分。
根据本发明，出射波束的第 一 部分中的第 一 波长分量的量大于 出射波束的第一部分中的第二波长分量的量，并且还大于出射波束 的第一部分中的第三波长分量的量；
出射波束的第二部分中的第二波长分量的量大于出射波束的第 二部分中的第一波长分量的量，并且还大于出射波束的第二部分中 的第三波长分量的量；以及
出射波束的第三部分中的第三波长分量的量大于出射波束的第 三部分中的第一波长分量的量，并且还大于出射波束的第三部分中 的第二波长分量的量。
根据本发明，该光学设备进一步包括一个滤波器，该滤波器被
布置在第 一层中的第 一衍射元件和第二层中的第 一衍射元件之间， 以便减少出射波束的第二部分中的第 一 波长分量的量。
根据本发明，该光学设备进一步包括另一个滤波器，该另一滤 波器被布置在第二层中的第 一衍射元件和第三层中的第 一衍射元件 之间，以便减少出射波束的第二部分中的第二波长分量的量和出射 波束的第三部分中的第二波长分量的量。
根据本发明，第一、第二和第三层中的第一和第二衍射元件是
根据本发明，第一波长分量具有第一波长范围，第二波长分量 具有比第一波长范围更长的第二波长范围，并且笫三波长分量具有 比第二波长范围更长的第三波长范围。
根据本发明，第一波长分量包括蓝色波长分量，第二波长分量 包括绿色分量，并且第三波长分量包括红色分量。
本发明的第二方面提供一种用于在光学设备中改善出射波束中
的色彩均匀性的方法，该光学设备具有
输入表面部分，用于接纳光束，该光束至少包括第一波长分量和
第二波长分量；以及
出射表面部分，用于允许出射波束通过出射表面从光学设备出
射。该方法包4舌
在光学设备中至少提供第一层、第二层和第三层；
在第 一层上提供第 一衍射元件和第二衍射元件；
在第二层上提供第 一衍射元件和第二衍射元件，
在第三层上提供第一衍射元件和第二衍射元件，使得
所接纳的光束的至少 一部分在第 一层中的第 一衍射元件中被衍
射，以便提供第一衍射部分；
所接纳的光束的至少 一部分在第二层中的第 一衍射元件中被衍
射，以便提供第二衍射部分；
第 一衍射部分的至少 一部分在第 一层中的第二衍射元件中被进
一步衍射，从而形成通过出射表面部分而出射的出射波束的第 一部分；以及
第二衍射部分的至少 一部分在第二层中的第二衍射元件中被进 一步衍射，从而形成通过出射表面部分而出射的出射波束的第二部 分，其中
出射波束的第 一部分中的第 一波长分量的量大于出射波束的第 一部分中的第二波长分量的量，并且还大于出射波束的第一部分中 的第三波长分量的量；
出射波束的第二部分中的第二波长分量的量大于出射波束的第 二部分中的第一波长分量的量，并且还大于出射波束的第二部分中 的第三波长分量的量；以及
出射波束的第三部分中的第三波长分量的量大于出射波束的第 三部分中的第一波长分量的量，并且还大于出射波束的第三部分中 的第二波长分量的量。
才艮据本发明，该方法进一步包括
将滤波器布置在第 一层中的第 一衍射元件和第二层中的第 一衍 射元件之间，以便减少出射波束的第二部分中的第 一波长分量的量
和出射波束的第三部分中的第一波长分量的量；
将另 一 滤波器布置在第二层中的第 一衍射元件和第三层中的第 一衍射元件之间，以便减少出射波束的第二部分中的第二波长分量 的量和出射波束的第三部分中的第二波长分量的量。
本发明的第三方面提供一种显示器模块，包括
光学引擎，用于接收图像数据；
显示设备，操作性地连接到该光学引擎，用于基于该图像数据而
形成图4象；以及
出瞳伸展器，包括 出射表面部分；
用于接纳光束的输入表面部分，该光束包括至少第一波长分 量和第二波长分量；以及
至少第一层、第二层和第三层，该第一层、第二层和第三层
的每一层包括第一衍射元件和第二衍射元件，使得
所接纳的光束的至少 一部分在第 一层中的第 一衍射元件中
被衍射，以便提供第一衍射部分；
所接纳的光束的至少一部分在第二层中的第 一衍射元件中 被衍射，以便提供第二衍射部分；
所接纳的光束的至少 一部分在第三层中的第 一衍射元件中 被衍射，以便提供第三衍射部分；
第 一衍射部分的至少 一部分在第 一层中的第二衍射元件中 进一步被衍射，从而形成通过出射表面部分而出射的出射波束的第 一部分；
第二衍射部分的至少 一部分在第二层中的第二衍射元件中 被进一步衍射，从而形成通过出射表面部分而出射的出射波束的第 二部分；以及
第三衍射部分的至少 一部分在第三层中的第三衍射元件中 被进一步衍射，从而形成通过出射表面部分而出射的出射波束的第 三部分，其中
出射波束的第 一部分中的第 一 波长分量的量大于出射波束 的第 一部分中的第二波长分量的量，并且还大于出射波束的第 一部 分中的第三波长分量的量；
出射波束的第二部分中的第二波长分量的量大于出射波束 的第二部分中的第一波长分量的量，并且还大于出射波束的第二部 分中的第三波长分量的量；以及
出射波束的第三部分中的第三波长分量的量大于出射波束 的第三部分中的第一波长分量的量，并且还大于出射波束的第三部 分中的第二波长分量的量。
本发明的第四方面提供一种电子设备，包括 数据处理单元；
光学引擎，操作性地连接到该数据处理单元，用于从该数据处理 单元接收图像数据；
显示设备，操作性地连接到该光学引擎，用于基于该图像数据形
成图像；以及
出瞳伸展器，包括 出射表面部分；
用于接纳光束的输入表面部分，该光束包括至少第一波长分 量和第二波长分量；以及
至少第一层、第二层和第三层，该第一层、第二层和第三层 的每一层包括第一衍射元件和第二衍射元件，使得
所接纳的光束的至少一部分在第 一层中的第 一衍射元件中 被衍射，以便提供第一衍射部分；
所接纳的光束的至少 一部分在第二层中的第 一衍射元件中 被衍射，以便提供第二衍射部分；
所接纳的光束的至少一部分在第三层中的第 一衍射元件中 被衍射，以便提供第三衍射部分；
第 一衍射部分的至少 一部分在第 一层中的第二衍射元件中 进一步被衍射，从而形成通过出射表面部分而出射的出射波束的第 一部分；
第二衍射部分的至少 一部分在第二层中的第二衍射元件中
被进一步衍射，从而形成通过出射表面部分而出射的出射波束的第 二部分；以及
第三衍射部分的至少 一部分在第三层中的第三衍射元件中 被进一步衍射，从而形成通过出射表面部分而出射的出射波束的第 三部分，其中
出射波束的第一部分中的第一波长分量的量大于出射波束 的第一部分中的第二波长分量的量，并且还大于出射波束的第一部
分中的第三波长分量的量；
出射波束的第二部分中的第二波长分量的量大于出射波束 的第二部分中的第 一波长分量的量，并且还大于出射波束的第二部
分中的第三波长分量的量；以及
出射波束的第三部分中的第三波长分量的量大于出射波束 的第三部分中的第一波长分量的量，并且还大于出射波束的第三部 分中的第二波长分量的量。
根据本发明，该电子设备包括便携式设备，诸如移动电话、个
人数字助理(PDA)、通信器、便携式互联网应用、手持计算机、 数码视频和静止照相机、可穿戴计算机、计算机游戏设备、用于观 看的专用移至眼部(bring-to-the-eye)产品和其他便携式电子诏二 备。然而，出瞳伸展器还可以用于非便携式设备，诸如游戏设备、 自动售货机、自动取款机(bank-o-mat)、例如烤箱、微波炉和其他 应用的家庭应用、以及其他非便携式电子设备。
通过阅读结合图3a至图5的描述，本发明将变得显而易见。


图1是表示使用三个衍射元件的出瞳伸展器的示意图， 图2是表示现有技术的出瞳伸展器的示意图， 图3a是表示根据本发明的出瞳伸展器的一部分的示意图， 图3b是表示根据本发明的出瞳伸展器的各层处输入波束的衍射 的示意图，
图3c是表示出射波束中色彩分量的成分的示意图， 图3d是表示根据本发明的出瞳伸展器的另 一实施例的示意图， 图4是表示根据本发明的出瞳伸展器的不同视图的示意图， 图5是表示具有虚拟显示系统的移动设备的示意图。
具体实施例方式
代替使用如图2所示的均匀衬底6，本发明的出瞳伸展器(EPE) IO使用包括多个层的衬底60,其中每个层具有衍射光栅，如图3a -3d所示。
如图3a所示，衬底60具有三层光学材料110、 120和130。第 一层110具有输入衍射光栅112和输出衍射光栅114。类似地，第二
层120具有输入衍射光栅122和输出衍射光栅124，并且第三层130 具有输入衍射光栅132和输出衍射光栅134。如图3a所示，具有红、 绿和蓝色分量(RGB)的进入光束70通过第一层IIO上的输入光栅 112而进入衬底60。在光栅112、 122和132中衍射之后，光束被加 宽并通过第三层130的上部表面出射。出射的光束由标号80表示。 为了得到出射波束，其中不同色彩分量的相对量与进入波束中的不 同色彩分量的相对量更加一致，对于每层上的衍射光栅选择不同的 光栅周期。部分基于光束扩展器的希望的视界(FOV)来如下计算 光栅周期p:
/ =义/(1 +i7'"(FOV/2))
例如，如果FOV是24度并且义是475nm，则周期是393nm。根 据本发明，基于蓝色分量的波长或475nm来计算光栅对(132、 134) 的周期Pi。为了允许绿色分量更加有效地衍射，基于绿色分量的波 长(525nm)和p2 = 435nm来计算光栅对(122、 124)的周期pz。 类似地，基于/L尸630nm或p3- 522nm来计算光栅对(112、 114)的 周期P3。由于针对不同光栅中的不同色彩分量的衍射效率不同，针 对每个层110、 120和130中的每个色彩分量的衍射光的量变化相当 大。例如，在第一层110中，针对蓝色的衍射光的量大于针对绿色 的，而针对绿色的衍射光的量大于针对红色的。作为结果，当减少 的进入光束从第一层110的上部表面出射并进入第二层120时，剩 余蓝色分量相对不重要。在第二层120中，针对绿色分量的衍射效 率大于针对红色分量的衍射效率。作为结果，当进一步减少的进入 光从第二层120的上部表面出射并进入第三层130时，剩余绿色分 量变得相对不重要。因此，第三层130的衍射光主要是红色分量。 如图3b所示，红色衍射光的相当多的量出现在所有三层110、 120 和130中。绿色衍射光的相当多的量仅出现在第一层IIO和第二层 120中。然而，在第一层100中，主导的衍射色彩分量是蓝色。
在通过该层的上部表面处的一个或多个全内反射和在衍射光栅
134、 124、 114处的一个或多个衍射过程之后，衍射光作为宽波束 80从上部表面出射。如图3c所示，蓝色分量主要来自第一层110， 而绿色分量主要来自第一层IIO和第二层120。红色分量来自所有三 层110、 120和130。
通常，出射波束中的不同色彩分量的光的相对量非常不同于输 入波束的不同色彩分量的光的相对量。为了补偿出瞳伸展器中的出 射光束中的色彩分量的不均匀分布，使用附加的衍射光栅来增加特 定色彩分量中的衍射光量。另外，可以选择衍射槽的深度或高度h， 以便优化耦合到该层的光。高度h依赖于该层的折射率、波长、周 期p和衍射槽的形状。
可以将彩色滤波器引入出瞳伸展器10来调整出射波束80中的 色彩分布。例如，在层120和层IIO之间可以才是供黄色滤波器140 来阻止未衍射的蓝色分量进入第二层120。类似地，可以提供红色滤 波器142来阻止未衍射的绿色分量和余留的未衍射蓝色分量，如果 其存在的话，进入第三层IIO。滤波器142和140可以例如是彩色涂 层(coating )。
才艮据本发明的EPE 10具有至少两个衍射元件Hl、 H2,该衍射 元件彼此邻近设置，从而光分布在根据H2的方向上扩展。衍射元件 Hl和H2的示例性设置如图4所示。可以将衍射光栅112、 114、 122、 124、 132和134设置为使得出射波束以不同的方向从EPE 10出射。 因此，利用相同输入波束70，可以具有出射波束80或出射波束90。
EPE 10可以用于便携式设备100中，诸如移动电话、个人数字 助理(PDA)、通信器、便携式互联网应用、手持计算机、数码视 频和静止照相机、可穿戴计算机、计算机游戏i殳备、用于观看的专 用移至眼部产品和其他便携式电子设备。如图5所示，便携式设备 100具有容纳通信单元212的外壳210，该通信单元212用于当通信 需要时接收和发送包含来自和去往外部设备(未示出)的信息的信 号。便携式设备IOO还具有用于处理接收和发送的信息的控制和处 理单元214,以及用于观看的虚拟显示系统230。虚拟显示系统230
包括微型显示器或图像源192和光学引擎190。控制和处理单元214 操作性地连接到光学引擎190，以便将图像数据提供给图像源192 以便在其上显示图像。根据本发明，EPE10可以光学地连接到光学 引擎190,该光学引擎190例如用于提供原始图像。应该注意，衍射 元件Hl和H2的每一个可以是全息光学元件(HOE)或衍射光学元 件(DOE)。如其名字所提示，全息光学元件是全息地产生的，其 中至少两个相干光束用于产生千涉条紋。相反，衍射光学元件可以 机才戒地或化学地产生。EPE 10可以具有两个或更多书f射元件。
本发明的目的是得到出射波束中不同波长的基本上均勻的色彩 分布。针对本发明的EPE的应用不限于虚拟显示器。根据本发明， 在平面波导(衬底60)中的选择反射控制也可以用于任何应用，其 中需要一个或多个方向的光束扩展，并且使用不同波长的光。衍射 元件(Hl、 H2)实际上是光学耦合器和光学调制器设备，用于将光 耦合到平面波导。因此，如图3a-图3d所示，EPE10可以被认为 是包括平面波导和彼此邻近布置的或布置在用于光耦合和操控目的 的波导上的多个光学耦合器(或光学调制器设备)的光学设备。
如图5所示，图像源192可以是时序彩色LCOS (硅基液晶)设 备、OLED (有机发光二极管)阵列、MEMS (微电子机械系统)设 备或任何其他在透射、反射或出射中操作的合适的微型显示设备。
本领域的技术人员将可以理解，在不偏离本发明的范围的情况下， 可以4安照其形式和细节进行前述和各种其他改变、省略和变形。
权利要求
1.一种光学设备，其特征在于出射表面部分；用于接纳光束的输入表面部分，该光束包括至少第一波长分量和第二波长分量；以及至少第一层和第二层，该第一层和第二层的每一层包括第一衍射元件和第二衍射元件，使得该所接纳的光束的至少一部分在该第一层中的该第一衍射元件中被衍射，以便提供第一衍射部分；该所接纳的光束的至少一部分在该第二层中的该第一衍射元件中被衍射，以便提供第二衍射部分；该第一衍射部分的至少一部分在该第一层中的该第二衍射元件中进一步被衍射，从而形成通过该出射表面部分而出射的出射波束的第一部分；以及该第二衍射部分的至少一部分在该第二层中的该第二衍射元件中被进一步衍射，从而形成通过该出射表面部分而出射的该出射波束的第二部分。
2. 根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于该出射波束 的第一部分中的该第一波长分量的量大于该出射波束的第一部分中 的该第二波长分量的量，并且该出射波束的第二部分中的该第二波 长分量的量大于该出射波束的该第二部分中的该第一波长分量的量。
3. 根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于该所接纳的 光束进一步包括第三波长分量，所述光学设备进一步包括第三层，包括第一衍射元件和第二衍射元件，使得 该所接纳的光束的至少 一 部分在该第三层中的该第 一 衍射元件 中被衍射，以便提供第三衍射部分，以及 该第三衍射部分的至少 一部分在该第三层中的该第二衍射元件 中被进一 步衍射，从而形成通过该出射表面部分而出射的该出射波 束的第三部分。
4. 根据权利要求3所述的光学设备，其特征在于 该出射波束的该第一部分中的该第一波长分量的量大于该出射波束的该第一部分中的该第二波长分量的量，并且还大于该出射波 束的该第一部分中的该第三波长分量的量；该出射波束的该第二部分中的该第二波长分量的量大于该出射 波束的该第二部分中的该第一波长分量的量，并且还大于该出射波 束的该第二部分中的该第三波长分量的量；以及该出射波束的该第三部分中的该第三波长分量的量大于该出射 波束的该第三部分中的该第一波长分量的量，并且还大于该出射波 束的该第三部分中的该第二波长分量的量。
5. 根据权利要求2所述的光学设备，其特征还在于，滤波器被 布置在该第一层中的该第一衍射元件和该第二层中的该第一衍射元 件之间，以便减少该出射波束的该第二部分中的该第 一波长分量的 量。
6. 根据权利要求4所述的光学设备，其特征还在于，滤波器被 布置在该第 一层中的该第 一衍射元件和该第二层中的该第 一书f射元 件之间，以便减少该出射波束的该第二部分中的该第 一波长分量的 量和该出射波束的该第三部分中的该第 一波长分量的量。
7，根据权利要求6所述的光学设备，其特征还在于，另一滤波 器被布置在该第二层中的该第 一衍射元件和该第三层中的该第 一衍 射元件之间，以1更减少该出射波束的该第二部分中的该第二波长分 量的量和该出射波束的该第三部分中的该第二波长分量的量。
8.根据权利要求6所述的光学设备，其特征还在于，另一滤波 器被布置在该第二层中的该第 一衍射元件和该第三层中的该第 一衍 射元件之间，以便减少该出射波束的该第二部分中的该第 一和第二 波长分量的量和该出射波束的该第三部分中的该第一和第二波长分 量的量。
9. 根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于该第一和第 二层中的该第 一和第二衍射元件的至少之一是全息光学元件。
10. 根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于该第一和第 二层中的该第 一和第二衍射元件的至少之一是机械地或化学地产生 的衍射光学元件。
11. 根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于该第一、第 二和第三层中的该第一和第二衍射元件的至少之一是全息光学元 件。
12. 根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于该第一、第 二和第三层中的该第 一和第二衍射元件的至少之一是机械地或化学 地产生的衍射光学元件。
13. 根据权利要求1所述的光学设备，其特征在于该第一波长 分量具有第一波长范围，并且该第二波长分量具有比该第一波长范 围更长的第二波长范围。
14. 根据权利要求3所述的光学设备，其特征在于该第一波长 分量具有第一波长范围，该第二波长分量具有比该第一波长范围更 长的第二波长范围，并且该第三波长分量具有比该第二波长范围更 长的第三波长范围。
15. 根据权利要求3所述的光学设备，其特征在于该第一波长 分量包括蓝色波长分量，该第二波长分量包括绿色分量，并且该第 三波长分量包括红色分量。
16. —种用于在光学设备中改善出射波束中的色彩均匀性的方 法，该光学设备具有输入表面部分，用于接纳光束，该光束至少包括第一波长分量和 第二波长分量；以及出射表面部分，用于允许该出射波束通过该出射表面从该光学设 备出射，所述方法的特征在于在该光学设备中至少提供第一层和第二层； 在该第一层上提供第一衍射元件和第二衍射元件； 在该第二层上提供第一衍射元件和第二衍射元件，使得 该所接纳的光束的至少 一部分在该第 一层中的该第 一衍射元件中被衍射，以便提供第一衍射部分；该所接纳的光束的至少 一部分在该第二层中的该第 一衍射元件中被衍射，以便提供第二衍射部分；该第 一衍射部分的至少 一部分在该第 一层中的该第二衍射元件中被进一步衍射，从而形成通过该出射表面部分而出射的出射波束的第一部分；以及该第二衍射部分的至少 一部分在该第二层中的该第二衍射元件中被进一步衍射，从而形成通过该出射表面部分而出射的该出射波束的第二部分，其中该出射波束的该第一部分中的该第一波长分量的量大于该出射 波束的该第一部分中的该第二波长分量的量，并且该出射波束的该第二部分中的该第二波长分量的量大于该出射 波束的该第二部分中的该第 一 波长分量的量。
17. 根据权利要求16所述的方法，其特征还在于将滤波器布置在该第 一层中的该第 一衍射元件和该第二层中的 该第 一衍射元件之间，以便减少该出射波束的该第二部分中的该第 一波长分量的量。
18. 根据权利要求16所述的方法，其特征还在于 在该光学设备中提供邻近该第二层的第三层； 在该第三层中提供第一衍射元件和第二衍射元件，使得 该所接纳的光束的至少 一部分还在该第三层中的该第 一衍射元件中被衍射，以便提供第三衍射部分，以及该第三衍射部分的至少一部分在该第三层中的该第二衍射元件 中被进一步衍射，从而形成通过该出射表面部分而出射的该出射波 束的第三部分，其中该出射波束的该第一部分中的该第一波长分量的量大于该出射 波束的该第一部分中的该第二波长分量的量，并且还大于该出射波束的该第一部分中的该第三波长分量的量；该出射波束的该第二部分中的该第二波长分量的量大于该出射 波束的该第二部分中的该第一波长分量的量，并且还大于该出射波束的该第二部分中的该第三波长分量的量；以及该出射波束的该第三部分中的该第三波长分量的量大于该出射 波束的该第三部分中的该第一波长分量的量，并且还大于该出射波 束的该第三部分中的该第二波长分量的量。
19. 根据权利要求18所述的方法，其特征还在于将滤波器布置在该第 一 层中的该第 一 衍射元件和该第二层中的 该第 一衍射元件之间，以便减少该出射波束的该第二部分中的该第 一波长分量的量和该出射波束的该第三部分中的该第 一波长分量的 量。
20. 根据权利要求19所述的方法，其特征还在于 将另一滤波器布置在该第二层中的该第一衍射元件和该第三层中的该第 一衍射元件之间，以便减少该出射波束的该第二部分中的 该第二波长分量的量和该出射波束的该第三部分中的该第二波长分 量的量。
21. —种显示器模块，其特征在于 光学引擎，用于接收图像数据；显示设备，操作性地连接到该光学引擎，用于基于该图像数据而 形成图像；以及出瞳伸展器，该出瞳伸展器包括 出射表面部分；用于接纳光束的输入表面部分，该光束包括至少第一波长分 量和第二波长分量；以及至少第一层、第二层和第三层，该第一层、第二层和第三层 的每一层包括第一衍射元件和第二衍射元件，使得该所接纳的光束的至少 一部分在该第 一层中的该第 一衍射元件中被衍射，以便提供第一衍射部分；该所接纳的光束的至少 一部分在该第二层中的该第 一衍射 元件中被衍射，以便提供第二衍射部分；该所接纳的光束的至少 一 部分在该第三层中的该第 一 衍射 元件中被衍射，以便提供第三衍射部分；该第 一衍射部分的至少 一部分在该第 一层中的该第二衍射 元件中进一步被杏于射，从而形成通过该出射表面部分而出射的出射 波束的第一部分；该第二衍射部分的至少一部分在该第二层中的该第二衍射 元件中被进一 步衍射，从而形成通过该出射表面部分而出射的该出 射波束的第二部分；以及该第三衍射部分的至少 一部分在该第三层中的该第三衍射 元件中被进一步书t射，从而形成通过该出射表面部分而出射的该出 射波束的第三部分。
22. 根据权利要求21所述的显示器模块，其特征在于 该出射波束的该第一部分中的该第一波长分量的量大于该出射波束的该第一部分中的该第二波长分量的量，并且还大于该出射波 束的该第 一部分中的该第三波长分量的量；该出射波束的该第二部分中的该第二波长分量的量大于该出射 波束的该第二部分中的该第一波长分量的量，并且还大于该出射波束的该第二部分中的该第三波长分量的量；以及该出射波束的该第三部分中的该第三波长分量的量大于该出射 波束的该第三部分中的该第一波长分量的量，并且还大于该出射波 束的该第三部分中的该第二波长分量的量。
23. —种电子设备，其特征在于 数据处理单元；光学引擎，操作性地连接到该数据处理单元，用于从该数据处理 单元接收图像数据；显示设备，操作性地连接到该光学引擎，用于基于该图像数据形 成图像；以及出瞳伸展器，该出瞳伸展器包括 出射表面部分；用于接纳光束的输入表面部分，该光束包括至少第一波长分 量和第二波长分量；以及至少第一层、第二层和第三层，该第一层、第二层和第三层 的每一层包括第一衍射元件和第二衍射元件，使得该所接纳的光束的至少 一部分在该第 一层中的该第 一衍射 元件中被衍射，以便提供第一衍射部分；该所接纳的光束的至少 一部分在该第二层中的该第 一衍射 元件中被衍射，以便提供第二衍射部分；该所接纳的光束的至少一部分在该第三层中的该第 一衍射 元件中被衍射，以便提供第三衍射部分；该第 一衍射部分的至少 一部分在该第 一层中的该第二衍射 元件中进一步被衍射，从而形成通过该出射表面部分而出射的出射波束的第一部分；该第二衍射部分的至少 一部分在该第二层中的该第二衍射元件中被进一步书亍射，乂人而形成通过该出射表面部分而出射的该出射波束的第二部分；以及该第三衍射部分的至少 一 部分在该第三层中的该第三衍射元件中^皮进一步书f射，从而形成通过该出射表面部分而出射的该出射波束的第三部分。
24.根据权利要求23所述的电子设备，其特征在于 该出射波束的该第一部分中的该第一波长分量的量大于该出射波束的该第 一部分中的该第二波长分量的量，并且还大于该出射波束的该第一部分中的该第三波长分量的量；该出射波束的该第二部分中的该第二波长分量的量大于该出射波束的该第二部分中的该第一波长分量的量，并且还大于该出射波束的该第二部分中的该第三波长分量的量；以及 该出射波束的该第三部分中的该第三波长分量的量大于该出射 波束的该第三部分中的该第一波长分量的量，并且还大于该出射波 束的该第三部分中的该第二波长分量的量。
25. 根据权利要求24所述的电子设备，包括计算机游戏设备。
26. 根据权利要求24所述的电子设备，包括数码相机。
27. 根据权利要求24所述的电子设备，其特征进一步在于通 信单元用于接收包含指示该图像数据的信息的信号，其中该数据处 理单元操作性地连接到用于接收该信息的该通信单元。
28. 根据权利要求27所述的电子设备，包括移动终端。
全文摘要
一种出瞳伸展器，其中出射波束中的不同色彩分量的相对量与输入波束中的不同色彩分量的相对量更加一致。为了补偿出射波束中的衍射色彩分量中的不均匀的量，出瞳伸展器包括多个层，该多个层具有附加衍射光栅以便使这些色彩分量的衍射光的量增加较少的量。另外，布置在各层之间的色彩滤波器用于将衍射的光分量减少较多的量。
文档编号G02B27/01GK101103299SQ200580046876
公开日2008年1月9日 申请日期2005年12月7日 优先权日2004年12月13日
发明者T·勒沃拉 申请人:诺基亚公司